경사면의 이용

경사면의 이용

■ 피라미드를 만드는 데 사용된 경사면 

고대 이집트의 피라미드는 100m가 넘는 높이까지 돌을 쌓아 올린 건축물입니다. 무거운 짐을 들어올릴 수 있는 기계인 기중기도 없는 그 옛날에 어떻게 이런 일이 가능했던 것일까요?

옛날에 큰 공사를 할 때에는 물체를 높이 올리기 위해 흙을 파서 경사면을 만들었다고 합니다. 그래서 피라미드처럼 거대한 건축물을 하나 완성하려면 근처의 산이 하나 사라져버렸을 정도라고 전해집니다. 산의 흙을 파서 점차 높아지는 건축물 옆에다 경사면을 함께 만들었기 때문이죠. 경사면이란 수평면에 대하여 일정한 각도로 기운 평면을 말합니다. 이 경사면을 이용하면 수직으로 들어올릴 때보다 적은 힘으로 물체를 들어올릴 수 있습니다.

▲ 피라미드(출처: 에듀넷)

우리는 생활 속에서 경사면의 원리를 많이 이용하고 있습니다. 경사면의 원리란 물체를 수직면으로 들어 올릴 때 경사면을 사용하면 경사면으로 이동하는 길어진 거리만큼 수직으로 들어올리는 힘이 반비례하여 감소해, 한 일은 똑같아진다는 것입니다.

그렇다면 경사가 다른 비탈을 이용해서 같은 높이로 물체를 끌어올릴 때 어떤 경우가 힘이 덜 들까요? 경사가 완만할수록(경사가 작을수록) 더 쉽게 물체를 위까지 끌어올릴 수 있습니다. 단, 이 경우 힘이 감소한 만큼 물체를 끌어올리기 위해 이동하는 거리는 길어질 것입니다.

이건 우리가 지리산을 오를 때 가파른 길을 택해서 갈 때와 경사가 완만하고 구부러진 길을 따라 갈 때의 경우와 같습니다. 가파른 길로 올라가면 가는 거리는 짧지만 힘이 많이 들겠지요? 반면에 완만한 길로 가면 거리는 멀어지지만 작은 힘만 사용해도 올라갈 수 있을 것입니다.

■ 나사못에 사용된 경사면의 원리 

경사면의 원리를 응용한 것으로는 나사못이 있습니다. 나사못은 물건을 고정시킬 때 사용하는 도구로 머리에는 드라이버를 끼워 돌릴 수 있는 홈이, 몸에는 나선 모양의 홈이 파여 있습니다. 못은 일반적으로 망치를 이용해 두들겨 박는 반면 나사못은 드라이버를 이용하여 돌려 박아 줍니다. 일반 못이나 나사못이나 벽 속으로 들어가는 것은 똑같지만 일반 못은 곧장 앞으로 진행하는 형태이고 나사못은 빙글빙글 돌면서 앞으로 진행하는 형태인 것이지요. 못을 벽에 박을 때 못과 나사못의 어느 한 지점이 움직인 거리를 따져보면, 일반 못의 경우 못이 들어간 깊이만큼만 움직이지만, 나사못의 경우 빙글빙글 돌면서 들어가기 때문에 나선이 그려진 만큼 움직이게 됩니다. 결국 한 일은 똑같지만, 나사못이 간 거리는 엄청나게 길어진 것이지요.

▲ 나사못(출처: 무료 이미지 사이트 픽사베이 www.pixabay.com)

즉, 나사못은 곧장 위로 올라가면 가까운 거리를 빙빙 돌면서 먼 길을 돌아 조금씩 올라가는 것으로 이는 빗면의 원리와 같습니다. 따라서 일반 못을 직접 박을 때보다 나사못을 빙빙 돌리면서 박으면 힘은 덜 드는 반면 움직여야 하는 거리는 늘어나게 됩니다. 빗면을 타고 올라가는 거리가 늘어난 만큼 필요한 힘의 크기는 줄어드는 원리인 것이지요. 하지만 작용한 힘의 크기와 이동한 거리를 곱하면, 결국 빗면이 있을 때나 없을 때나 한 일의 양은 같게 됩니다.

[자료출처: 에듀넷]